2017年9月22日,我国新一代远洋综合科考船“科学”号在我国南海海域首次发现了裸露在海底的天然气水合物。天然气水合物是天然气与水在高压、低温条件下形成的像冰一样的结晶物质。但它与冰不同,它遇火就会燃烧,因此又被称为“可燃冰”。可燃冰资源密度高,1立方米可燃冰可转化为164立方米天然气和0.8立方米水,燃烧后几乎不产生任何残渣,污染比煤、石油小得多,而且全球范围内储量巨大,被公认为是接替石油、天然气等的能源。
虽然天然气水合物作为燃料是个好东西,但如果天然气在管道输送时生成水合物,就会堵塞管道,给管道的生产运行带来麻烦。天然气水合物的生成需要低温、高压、游离水三个条件。天然气在管道输送过程中,一旦具备条件,就会生成天然气水合物。
例如,当天然气通过节流阀、调压器、排污阀等管道附属设施时,会出现温度下降的情况,此时如果管道中含有游离水,就会生成水合物。水合物极易与管壁牢固结合,使管道流通面积减小,这客观上又起到节流作用,加强了水合物的进一步形成与沉积,如果不及时采取措施,这一过程极易形成冰堵,堵塞管道,威胁管道安全。解决管道冰堵问题,应从天然气水合物生成的条件入手,如果能使其中一个条件不具备,那么就可以避免水合物的生成。因为管道生产运行工况及管道设施条件基本是不变的,所以只能从游离水这个条件入手了,即最大限度降低管道中游离水的含量。
天然气管道在施工结束后,进行水压试验,并在正式投产前对管道进行清管、干燥处理以清除管道内的残留水。这是防止管道生产运行过程中生成水合物及避免内腐蚀的必要措施。除此之外,在管道阀门、分离器入口、接头及三通等部位,极易聚集游离水而生成水合物,因此需要特别关注和清理。
天然气管道在正常生产运行过程中,用于预防天然气水合物生成的系列工艺方法有:
(1)天然气需充分脱水并通过检测确保含水量符合标准后,方可进入管道。
(2)确保管输天然气水露点比环境温度低6~7℃。
(3)向输气管道注入可以抑制水合物生成的化学剂,也就是水合物抑制剂,如甲醇、乙二醇等,其作用机理是降低水合物的生成温度,从而避免水合物的生成。
(4)在输气管道的天然气入口处安装可进一步降低天然气含水量的除液器和分离器,并定期对其进行排水、排污处理。
(5)节流阀、调压阀、除液器、分离器、排污阀等部位易生成水合物,可根据实际情况增设电伴热或水加热系统。
(6)如果管道被天然气水合物堵死了,需停输并将堵塞点两端的天然气进行放空处理,从而降低管道压力,使水合物气化解堵。